电子加速器辐射加工原理、应用及检测研究摘要：电子束辐射技术作为一种高新技术，现已被广泛应用于固体物理、材料科学、工农业生产、医疗卫生等领域。
文章对电子束辐射技术的原理及应用进行了简要的概述，并对辐射检测研究现状进行探讨。
关键词：电子束；辐射；电子加速器电子束辐射加工技术，是利用电子加速器（0.2mev～10mev）产生的高能电子束，对被辐射物质进行加工处理。
这种技术自从被应用于农业领域以后发展迅速，创造了巨大的经济效益[1]。
它有别于传统的机械加工和热加工技术，因而被誉为人类加工技术的第三次革命[2]，其特点是电子加速器发生的电子束有很强的穿透能力，可深入到物质分子内进行“加工”，这种“加工”在常温下进行，对被辐射物质的作用在于抑制发芽、延缓呼吸、杀虫灭菌、检疫处理等。
由于加工者是高能射线以及由它引发的高度活性中间物，而不是分子热运动，能耗低、无残留物、无环保问题。
因此电子束辐射技术是清洁的加工技术，而且其反应易于控制，加工流程简单，适合产业化、规模化生产。
例如，使高分子材料分别实现接枝、聚合、裂变或交联，抑制或刺激生物生长，有效地杀灭害虫、虫卵、病菌等。
1 高能电子束产生及辐射加工原理高能电子束的电子由电子枪产生，电子枪的阴极发射出电子，不断产生的电子汇聚在一起在高压电场的作用下速度被提高至0.3～0.7倍的光速。
通常电子束的直径为1～1.5cm，根据需要的不同，或利用电磁透镜汇聚成更细的束流，或利用扫描装置扩展成扇面束流。
高能电子束与物质的相互作用，被处理的材料产生电离或者激发，形成自由基，自由基或者其他激活态基团能构成新的分子形式。
电子束辐射加工原理在于破坏化学键的同时伴随生成新的化学反应，有机物分解或者原子错位等。
作为一种加工过程，电子束处理的基本效应是引起物理效应，以及化学结构的变化。
2 电子束辐射加工技术的应用2.1 工业中的应用2.1.1 辐射加工辐射加工包括辐射交联、辐射固化、辐射硫化、辐射降解及辐射接枝改性。
辐射交联是利用电子束辐射在高分子聚合物长链之间形成化学键，从而使聚合物的物理性能、化学性能获得改善并有可能引入新性能的技术手段。
利用辐射交联技术生产的一大类产品是具有特殊“记忆效应”的热收缩材料，另一大类产品是辐射交联的电线电缆。
辐射固化是一种借助照射方法实现化学配方（涂料、油墨和胶黏剂）由液态转化为固态的加工过程。
具有固化速度快、表面均一、能耗低、不使用化学溶剂等优点，是一种环保的固化方法，几乎涵盖所有的印刷工艺。
辐射硫化是高能电子束在橡胶基体中激活橡胶分子，产生橡胶大分子自由基，使橡胶大分子交联，形成三维网状结构[3]。
它避免了传统的化学热硫化由于使用的交联剂在基材内部分布不均而造成交联不均匀，以及温度梯度的影响造成的材料性能下降的缺点，非常适合用于载重汽车轮胎、密封圈以及长期使用于户外的橡胶产品。
辐射降解是指在辐射作用下，高分子聚合物发生主链断裂的情况。
辐射降解技术主要应用于废旧塑料的处理及橡胶制品的再生利用。
辐射接枝改性是研制各种性能优异的新材料，或对原有材料进行辐射改性的有效手段之一。
由于辐射接枝不需要向体系添加引发剂，可得到非常纯的接枝聚合物，是合成医用高分子材料的有效方法。
2.1.2 无损检测电子束在无损检测中的应用是利用高能电子束对目标靶进行轰击所产生的x射线，在不损伤和不破坏材料、制品和构建的情况下，检测出它们内部的情况判别内部有无缺陷的技术。
由于具有穿透本领和灵敏度高，作为一种最终检查手段在大型铸锻焊件、大型压力容器、反应堆压力壳、火箭的固体燃料等公建的质量控制中得到广泛的应用。
2.1.3 表面技术电子束加工技术在表面技术中的应用主要分为两大类。
一类是电子束物理气相沉积（eb-pvd）技术。
它是利用高速运动的电子轰击沉积材料表面，使材料升温变成蒸气而凝聚在基体材料表面的一种表面加工工艺，广泛应用于航空、航天发动机，工模具涂层，防腐涂层，热障涂层等工业领域。
另一类是电子束表面改性技术。
由于电子束加工技术在使用过程中可以较灵活地调节加热面积、加热区域以及材料表面的能量密度，电子束的能量利用率可以高达95%，并且电子束在材料表面的作用范围仅为0.01～0.2mm，因此，利用电子束对材料表层进行加热，可以达到所需温度或使材料熔化，从而实现对材料表面的改性，以满足材料表面的摩擦磨损、耐腐蚀和高温使用性能等要求。
其主要分类有电子束表面淬火、电子束表面合金化和熔敷、制造非晶态表面及电子束表面熔凝处理。
2.2 农业中的应用2.2.1 辐射育种辐射育种主要利用高能电子改变农作物遗传特性，使其沿优化方向发展，通过辐射诱变选育良种，在提高单亩产量、改进品质、缩短生长期和增强抗逆性起到显著作用。
利用电子束对农作物种子的刺激效应能够使农作物产量明显提高，有研究显示1～12kgy的电子束辐射对马铃薯的产量刺激效果明显，最高增产幅度达到91.8%[4]。
而适当的辐射剂量对马铃薯的品质也有影响，低剂量电子束照射，能够提高其淀粉与还原糖含量。
2.2.2 辐射保鲜灭菌根据蒙特利尔公约，到2005年要在全球范围内禁止使用溴甲烷，因此在农产品、食品领域采取加速器辐射杀虫、灭菌代替原有的化学熏蒸法，得到了迅速的发展。
辐射保鲜灭菌技术是利用电离辐射产生的γ、β、x射线及电子束对产品进行加工处理，以达到保鲜灭菌目的的一种方法[5]。
这些高能射线能使微生物发生一系列物理、化学反应，从而抑制其呼吸作用、内源乙烯的产生、过氧化酶等酶活性，抑制发芽，杀灭害虫及寄生虫，防止腐烂，以延长产品的贮藏时间[6]。
南京辐照中心刘践等在电子束辐照榨菜研究中发现，天然榨菜经电子束（8mev）3kgy辐照，在南京地区9～10月常温（20～25℃）下保质期提高至3个月。
辐照榨菜的卫生指标、感观指标、全n以及pb、hg、as的含量均符合国家标准，辐照对榨菜氨基酸，粗纤维含量无显著影响[7]。
2.3 医疗卫生中的应用2.3.1 放射治疗用于恶性肿瘤的放射治疗的医用加速器是当今世界范围内，在加速器的各种应用领域中数量最大、技术最为成熟的一种。
对许多癌症病人而言，放射治疗是必须使用的治疗方法，大约70%的癌症病人在治疗癌症的过程中需要放射治疗，约有40%的癌症可以用放疗根治。
2.3.2 医用同位素生产目前已确定作为临床使用的80种医用同位素，三分之二是由电子加速器生产的，广泛的应用于诊断疾病和治疗肿瘤，尤其是缺中子短寿命同位素只能利用加速器生产。
2.3.3 辐射对中药材提取率的影响甘肃农业大学动物医学院靳振召等[8]在贯叶金丝桃的电子束辐射杀菌研究中发现，与对照组（0剂量）相比，8.5kgy时，金丝桃素含量增加显著（p<0.05），在10.0kgy的辐射剂量下，金丝桃素含量增加极显著（p<0.01）。
3 辐射食品的安全性电子加速器产生的电子束与60co-γ射线的最大区别在于，其产生的电离射线由高能电场中电子跃级而形成的，于放射性元素产生的射线来说，更利于大众接受。
但辐射后的食品安全性仍然值得关注。
例如维生素是对辐射稳定性较差的一种营养成分，维生素辐射后的损失主要受本身结构与辐射剂量的影响，其中维生素b1和维生素c是所有维生素中最敏感的两种。
因此，严格控制辐射剂量是保证辐射食品安全的首要手段，同时也应将检测辐射食品的辐射剂量及残留辐射量作为监督辐射食品的一种行政手段。
4 辐射食品的检测方法辐射食品的检测主要基于辐射处理食品能够引起食品中某些物质的细微变化，包括：分子激发或电离（损失电子）、化学键破裂、产生有极端活性的自由基、微生物迹象，由于自由基或者化学键的进一步反应，产生新的辐解产物[9]。
目前常用的检测方法主要有以下几种：4.1 热释光分析法（tl）吸附有硅酸盐的食品在辐射的过程中储存的能量，通过控制加热分离出来的硅酸盐，测定其热释光的强度，可以判断是否经过辐射。
此法广泛使用于检测草药、香辛料、水果、蔬菜、贝类水产及谷物，具有检测准确灵敏，检出限小于1kgy，检测信号经数年不衰减的优点。
4.2 电子自旋共振光谱检测法（ers）食品经过电离辐射后会生成一定数量的自由基，通过检测自由基判定食品是否经过辐射的方法称为ers法。
一般情况下，辐射产生的自由基寿命很短，尤其在液态情况下更不稳定，因此，该方法适用于干燥或固态食品，如骨头、纤维素等。
4.3 激光成像检测法（psl）通过激光致使辐射食品中的矿物质释放辐射积累的电荷转化成光量子而产生激发光谱，检测psl信号即可判断食品是否经过辐射。
该法具有快速、样品无需进行前处理、可重复测量的特点，但应注意同一样品多次测量会使psl信号减弱。
4.4 细菌内毒素/革兰氏阴性微生物筛选法（lal/gnb）食品经过一定剂量的辐射后，活的革兰氏阴性菌基本会被杀死，产生大量的细菌内毒素。
通过对细菌内毒素的测定和革兰氏阴性菌的培养计数可以估算食品中死的g-总数和活的g-总数。
如果两者差异很大，说明该食品可能经过辐射处理。
4.5 dna裂解产物检测法电离辐射能够导致dna断裂，从而产生大量的单链和双链的dna 片段。
由此产生的dna裂解物可作为辐射处理的标记物，使用微凝胶电泳方法检测。
此方法仅为一种筛选试验，筛选结果需要用另一种特定的技术手段鉴定。
5 结束语随着科技的不断发展，电子束辐射技术已由传统的工业行业向农业、医疗、微电子行业纵深发展，近年来更在环境保护方面发挥着积极的作用。
新技术的深度发展及应用领域的扩张带来了可观的经济效益和工业产值，但更值得研究者关注的应该是如何科学、安全、高效并且可持续性发展地利用这项技术，使之更好的为社会生产及人类发展做出贡献。
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